WSNs中基于傳輸內(nèi)容與能量感知的機(jī)會(huì)路由協(xié)議

姚燁

摘 要：無(wú)線傳感網(wǎng)生存時(shí)間是衡量其應(yīng)用價(jià)值的關(guān)鍵，為在保障網(wǎng)絡(luò)傳輸性能的同時(shí)盡量提升網(wǎng)絡(luò)生存時(shí)間，通過(guò)對(duì)現(xiàn)有機(jī)會(huì)路由協(xié)議的改進(jìn)與優(yōu)化，提出一種能同時(shí)對(duì)傳輸內(nèi)容與節(jié)點(diǎn)能量進(jìn)行感知的機(jī)會(huì)路由協(xié)議（CREAOR）。仿真結(jié)果表明，與傳統(tǒng)路由方案相比，CREAOR能顯著提升網(wǎng)絡(luò)生存時(shí)間，同時(shí)在傳輸高優(yōu)先級(jí)數(shù)據(jù)包時(shí)降低了時(shí)延。

關(guān)鍵詞：無(wú)線傳感網(wǎng)；機(jī)會(huì)路由；能量感知；網(wǎng)絡(luò)生存時(shí)間

DOI：10.11907/rjdk.173331

中圖分類號(hào)：TP393

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-7800（2018）006-0198-05

Abstract：Survivability is crucial to the commercial value of Wireless Sensor Network. In order to keep a balance between the network life span and network performance， dynamic routing protocol named Content Relevance and Energy Aware Opportunistic Routing （CREAOR） based on the improvement and optimization of opportunistic routing approaches. Simulation results shows a significant increase in network lifespan while the overall packet delay remains similar compared with traditional routing.

Key Words：WSNs； opportunistic routing； energy aware； network lifespan

0 引言

近年來(lái)，無(wú)線傳感網(wǎng)在生活中應(yīng)用越來(lái)越廣泛。無(wú)線傳感網(wǎng)是由大量廉價(jià)的微型傳感器節(jié)點(diǎn)以自組網(wǎng)方式形成的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，在環(huán)境監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)采集等場(chǎng)景中發(fā)揮著重要作用[1-3]。

微型傳感器節(jié)點(diǎn)通常需要在無(wú)人值守的環(huán)境中工作較長(zhǎng)一段時(shí)間，但由于尺寸限制，節(jié)點(diǎn)自身的能量資源與計(jì)算資源極為有限，而且不同于一般移動(dòng)設(shè)備，為傳感器節(jié)點(diǎn)充電或更換電池往往是不可行的[4]。因此，節(jié)點(diǎn)能量問(wèn)題成為制約無(wú)線傳感網(wǎng)部署的一個(gè)關(guān)鍵。另一方面，數(shù)據(jù)包延遲也是衡量網(wǎng)絡(luò)性能的重要參數(shù)之一，尤其當(dāng)網(wǎng)絡(luò)工作在環(huán)境監(jiān)測(cè)、災(zāi)害預(yù)警等對(duì)延遲容忍度低的場(chǎng)景中時(shí)，必須采取一定優(yōu)化措施盡量降低數(shù)據(jù)包延遲。將大量微型傳感節(jié)點(diǎn)組成網(wǎng)絡(luò)是一項(xiàng)具有挑戰(zhàn)性的工作，主要需要解決網(wǎng)絡(luò)層的路由與尋址問(wèn)題。傳統(tǒng)路由方案按照預(yù)定路徑傳輸數(shù)據(jù)包，僅簡(jiǎn)單地將無(wú)線鏈路抽象為有線鏈路，而沒(méi)有充分利用無(wú)線鏈路的特性，在性能上仍有較大提升空間[5-7]。

針對(duì)以上問(wèn)題并結(jié)合已有研究成果，本文提出一種針對(duì)傳輸內(nèi)容與能量進(jìn)行感知的動(dòng)態(tài)路由協(xié)議（Content Relevance and Energy Aware Opportunistic Routing，CREAOR），該協(xié)議綜合考慮了數(shù)據(jù)包延遲與能量效率問(wèn)題，通過(guò)數(shù)據(jù)包分級(jí)與動(dòng)態(tài)路由方案提升了網(wǎng)絡(luò)吞吐量，同時(shí)引入對(duì)傳感節(jié)點(diǎn)的能量感知機(jī)制，可保證各節(jié)點(diǎn)的能量消耗程度基本一致，從而最大化地延長(zhǎng)了網(wǎng)絡(luò)生存時(shí)間。與傳統(tǒng)路由方案相比，CREAOR基于地理位置、數(shù)據(jù)包信息與節(jié)點(diǎn)能量水平動(dòng)態(tài)自主地選擇轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)，可有效提高網(wǎng)絡(luò)傳輸性能，降低網(wǎng)絡(luò)延遲。

1 相關(guān)工作

機(jī)會(huì)路由一經(jīng)提出便備受關(guān)注，其利用了無(wú)線傳輸?shù)膹V播特性，在提升無(wú)線傳感網(wǎng)性能上具有較好的應(yīng)用前景[8-9]。麻省理工大學(xué)的Biswas與Morris等[10]首先提出機(jī)會(huì)路由思想以及ExOR協(xié)議，ExOR允許轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)使用多種不同路徑將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)至目的節(jié)點(diǎn)，每一對(duì)發(fā)送—接收節(jié)點(diǎn)之間的鏈路使用平均端到端傳輸次數(shù)（Expected Transmission Count， ETX）作為依據(jù)確定各自的優(yōu)先級(jí)。ETX實(shí)質(zhì)上是由接收節(jié)點(diǎn)與目的節(jié)點(diǎn)之間距離決定的，距離越短，優(yōu)先級(jí)越高，擁有最高優(yōu)先級(jí)的接收節(jié)點(diǎn)將被選作下一跳的轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)。ExOR的一個(gè)缺點(diǎn)是路由的選取基于全網(wǎng)鏈路狀態(tài)，因此網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)必須周期性地更新ETX值，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)到達(dá)一定規(guī)模后該做法將帶來(lái)很大的協(xié)議開(kāi)銷，可擴(kuò)展性不強(qiáng)[11]；基于地理位置信息的隨機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)路由協(xié)議（Geographic Random Forwarding， GeRaF）首先由Michele等[12]提出，GeRaF中的每個(gè)數(shù)據(jù)包都包含發(fā)送節(jié)點(diǎn)與目的節(jié)點(diǎn)的位置信息，候選節(jié)點(diǎn)使用這些信息確定轉(zhuǎn)發(fā)優(yōu)先級(jí)。GeRaF同時(shí)引入了經(jīng)典的RTS/CTS握手機(jī)制用于在傳輸節(jié)點(diǎn)對(duì)之間交換信息，省去了維護(hù)全網(wǎng)拓?fù)鋷?lái)的協(xié)議開(kāi)銷，同時(shí)避免了ExOR中存在的數(shù)據(jù)包重復(fù)問(wèn)題。 GeRaF在技術(shù)上簡(jiǎn)單易行，但沒(méi)有加入其它方面的考慮；P Spachos等[13]提出基于能量感知的無(wú)線傳感網(wǎng)機(jī)會(huì)路由協(xié)議（Energy Aware Opportunistic Routing， EAOR），EAOR使用節(jié)點(diǎn)能量水平與地理信息作為測(cè)度將候選轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行排序，并選擇其中的最佳節(jié)點(diǎn)作為中繼節(jié)點(diǎn)，有效延長(zhǎng)了網(wǎng)絡(luò)生存時(shí)間。 EAOR的主要關(guān)注點(diǎn)在于節(jié)點(diǎn)能量水平，因此其應(yīng)用場(chǎng)景較為有限。本文提出的基于傳輸內(nèi)容與能量感知的機(jī)會(huì)路由協(xié)議（Content Relevance and Energy Aware Opportunistic Routing， CREAOR）則填補(bǔ)了上述協(xié)議間的空白，在數(shù)據(jù)包時(shí)延、能量效率之間取得了平衡，具有可擴(kuò)展性強(qiáng)、應(yīng)用場(chǎng)景多樣的特點(diǎn)。

2 系統(tǒng)模型

2.1 傳輸測(cè)度

在開(kāi)始傳輸前，網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)應(yīng)明確自身的傳輸測(cè)度，即當(dāng)給定節(jié)點(diǎn)i 與節(jié)點(diǎn)d時(shí)，應(yīng)能唯一地確定兩節(jié)點(diǎn)之間的傳輸測(cè)度C-i，d。由于CREAOR基于節(jié)點(diǎn)的地理位置信息選擇下一跳節(jié)點(diǎn)，因此節(jié)點(diǎn)的傳輸測(cè)度本質(zhì)上和當(dāng)前節(jié)點(diǎn)與目的節(jié)點(diǎn)間的距離有關(guān)。 在CREAOR中，節(jié)點(diǎn)的傳輸測(cè)度被用于劃分其鄰居節(jié)點(diǎn)集合與轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)集合。

在網(wǎng)絡(luò)初始化階段，目的節(jié)點(diǎn)會(huì)廣播一些含有其身份信息的數(shù)據(jù)包，節(jié)點(diǎn)收到數(shù)據(jù)包后即可計(jì)算出距離目的節(jié)點(diǎn)的最小跳數(shù)并以此作為傳輸測(cè)度，隨后更新數(shù)據(jù)包中的跳數(shù)字段并再次向網(wǎng)絡(luò)中的其它節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)該數(shù)據(jù)包。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)都收到數(shù)據(jù)包后，每個(gè)節(jié)點(diǎn)與目的節(jié)點(diǎn)間的傳輸測(cè)度即已確定。

當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中有新節(jié)點(diǎn)加入時(shí)，其可以從鄰居節(jié)點(diǎn)獲取自身的傳輸測(cè)度；當(dāng)有節(jié)點(diǎn)離開(kāi)網(wǎng)絡(luò)或者源節(jié)點(diǎn)位置改變時(shí)，網(wǎng)絡(luò)中其它節(jié)點(diǎn)的傳輸測(cè)度無(wú)需改變，僅當(dāng)目的節(jié)點(diǎn)位置改變時(shí)才需要重新開(kāi)始網(wǎng)絡(luò)初始化過(guò)程。在實(shí)際的傳感網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)方案中，源節(jié)點(diǎn)位置通常需要根據(jù)環(huán)境變化，但目的節(jié)點(diǎn)往往是控制室這類固定目標(biāo)，因此該模型能滿足實(shí)際需求。

2.2 鏈路模型

節(jié)點(diǎn)與其鄰居節(jié)點(diǎn)之間通過(guò)無(wú)線信道發(fā)送數(shù)據(jù)包，由于真實(shí)的無(wú)線信道存在一定的誤包率（Packet Error Rate， PER），因此不能保證數(shù)據(jù)完整地到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)。為了模擬使用BPSK調(diào)制的實(shí)際信道模型（未經(jīng)過(guò)信道編碼），取PE^R（i）為[14]：

所有數(shù)據(jù)包的傳輸過(guò)程均服從PER。PER在不同P-t值下的曲線如圖1所示。

由圖1可知，P-t的取值不僅決定了網(wǎng)絡(luò)能量消耗，還會(huì)影響網(wǎng)絡(luò)連通性。P-t值過(guò)大時(shí)會(huì)加速能量消耗，同時(shí)也會(huì)增加鄰居節(jié)點(diǎn)間的傳輸沖突，而過(guò)小的P-t值雖然減小了沖突可能性，卻需要更多節(jié)點(diǎn)覆蓋監(jiān)測(cè)區(qū)域。在CREAOR中，P-t值設(shè)定與監(jiān)測(cè)區(qū)域的實(shí)際需求有關(guān)。

2.3 數(shù)據(jù)包分級(jí)方案

數(shù)據(jù)包的分級(jí)方案決定了協(xié)議傳輸性能，節(jié)點(diǎn)對(duì)不同優(yōu)先級(jí)的數(shù)據(jù)包會(huì)表現(xiàn)出不同的轉(zhuǎn)發(fā)行為。一般而言，低優(yōu)先級(jí)的數(shù)據(jù)包將優(yōu)先由距離發(fā)送節(jié)點(diǎn)近的節(jié)點(diǎn)傳輸，因?yàn)榈蛢?yōu)先級(jí)的數(shù)據(jù)包對(duì)延遲相對(duì)不敏感；另一方面，高優(yōu)先級(jí)的數(shù)據(jù)包需要在最短時(shí)間內(nèi)傳輸至目的節(jié)點(diǎn)，因此將優(yōu)先選用距離目的節(jié)點(diǎn)跳數(shù)較少的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，即位于節(jié)點(diǎn)傳輸范圍邊界處的節(jié)點(diǎn)更有可能成為下一跳節(jié)點(diǎn)。在節(jié)點(diǎn)的發(fā)送緩沖區(qū)內(nèi)，數(shù)據(jù)包將按照各自的優(yōu)先級(jí)排序，高優(yōu)先級(jí)的數(shù)據(jù)包將被優(yōu)先發(fā)送。表1為協(xié)議中的優(yōu)先級(jí)安排規(guī)劃。

3 協(xié)議實(shí)現(xiàn)

CREAOR屬于按需機(jī)會(huì)路由協(xié)議，僅在需要時(shí)才發(fā)起路由創(chuàng)建過(guò)程，在CREAOR中由目的節(jié)點(diǎn)發(fā)起該過(guò)程，并在傳輸階段持續(xù)維護(hù)路由直到其不再被需要。源節(jié)點(diǎn)與目的節(jié)點(diǎn)之間將存在多條傳輸路徑，節(jié)點(diǎn)可根據(jù)需要作出適當(dāng)選擇。影響路由的因素可能有鏈路干擾、信道或節(jié)點(diǎn)可用性與節(jié)點(diǎn)能量水平等。

CREAOR包含兩個(gè)階段：初始化階段和傳輸階段。

3.1 初始化階段

在初始化階段，目的節(jié)點(diǎn)首先向源節(jié)點(diǎn)廣播含有其身份標(biāo)識(shí)的數(shù)據(jù)包，數(shù)據(jù)包中的傳輸測(cè)度C-dst，dst設(shè)置為0，傳輸過(guò)程中的每一中繼節(jié)點(diǎn)向其候選節(jié)點(diǎn)集合轉(zhuǎn)發(fā)該數(shù)據(jù)包，同時(shí)更新傳輸測(cè)度。網(wǎng)絡(luò)中的任一節(jié)點(diǎn)i可根據(jù)傳輸測(cè)度將其周圍節(jié)點(diǎn)劃分為鄰居節(jié)點(diǎn)集合和候選轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)集合。i的鄰居節(jié)點(diǎn)集合S-i 即節(jié)點(diǎn)i傳輸范圍內(nèi)的所有節(jié)點(diǎn)，有：

i的候選轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)集合V-i 即由i傳輸范圍內(nèi)距離目的節(jié)點(diǎn)更近的節(jié)點(diǎn)組成的集合，因此候選節(jié)點(diǎn)集合為鄰居節(jié)點(diǎn)集合的子集。在初始化階段，數(shù)據(jù)包的目的節(jié)點(diǎn)是源節(jié)點(diǎn)，因此有：

當(dāng)數(shù)據(jù)包到達(dá)源節(jié)點(diǎn)后，源節(jié)點(diǎn)會(huì)計(jì)算指向目的節(jié)點(diǎn)不同路由的傳輸開(kāi)銷，并預(yù)估向其候選節(jié)點(diǎn)集合發(fā)送數(shù)據(jù)的大致能量消耗，隨后丟棄這些數(shù)據(jù)包。當(dāng)整個(gè)路由發(fā)現(xiàn)過(guò)程結(jié)束后，網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)都獲取了發(fā)起傳輸?shù)谋匾畔ⅰ?/p>

3.2 數(shù)據(jù)傳輸階段

網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)包可分為4種類型：DATA、ACK、RTS和CTS[15]，每種類型數(shù)據(jù)包的傳輸過(guò)程均存在一定的PER。當(dāng)需要發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，發(fā)送節(jié)點(diǎn)與其候選節(jié)點(diǎn)集合之間將發(fā)起一次RTS/CTS握手過(guò)程，發(fā)送節(jié)點(diǎn)首先發(fā)送一個(gè)RTS，然后等待候選節(jié)點(diǎn)響應(yīng)。候選節(jié)點(diǎn)集合中會(huì)有部分節(jié)點(diǎn)收到該RTS，具體接收情況取決于鏈路質(zhì)量、傳輸距離等因素。

若一個(gè)候選節(jié)點(diǎn)接收到RTS且當(dāng)前處于空閑狀態(tài)，它會(huì)向發(fā)送節(jié)點(diǎn)回復(fù)一個(gè)CTS，在回復(fù)CTS之前，節(jié)點(diǎn)會(huì)等待一段時(shí)間：

其中L為數(shù)據(jù)包優(yōu)先級(jí)平均值，L-K為當(dāng)前數(shù)據(jù)包優(yōu)先級(jí)，d為通信節(jié)點(diǎn)之間距離，SIFS為最短幀間間隔，C-0和C-1為常數(shù)。E-L為節(jié)點(diǎn)能量水平，有E-L=1-E-consE-init ，其中E-cons為節(jié)點(diǎn)已消耗的能量，E-init為節(jié)點(diǎn)初始能量。

在等待T-backoff時(shí)間后，候選節(jié)點(diǎn)將向發(fā)送節(jié)點(diǎn)回復(fù)CTS，由于CTS的傳輸過(guò)程也服從PER分布，因此存在包丟失的可能性，而一旦發(fā)送節(jié)點(diǎn)成功接收到第一個(gè)CTS，發(fā)送該CTS的節(jié)點(diǎn)將被選作中繼節(jié)點(diǎn)，隨后發(fā)送節(jié)點(diǎn)將向該節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)并忽略后續(xù)其它節(jié)點(diǎn)回復(fù)的CTS。中繼節(jié)點(diǎn)成功接收數(shù)據(jù)后會(huì)向發(fā)送節(jié)點(diǎn)回復(fù)ACK，從而完成了一次RTS/CTS握手過(guò)程。

由式（5）可知，中繼節(jié)點(diǎn)的選擇策略與數(shù)據(jù)包優(yōu)先級(jí)、節(jié)點(diǎn)間距離以及節(jié)點(diǎn)能量相關(guān)。若不考慮節(jié)點(diǎn)能量水平，對(duì)于低優(yōu)先級(jí)的數(shù)據(jù)包（級(jí)別0、1）而言，距離發(fā)送節(jié)點(diǎn)越近的節(jié)點(diǎn)擁有越低的T-backoff，即發(fā)送節(jié)點(diǎn)周圍的鄰居節(jié)點(diǎn)將優(yōu)先服務(wù)于優(yōu)先級(jí)低的數(shù)據(jù)包，這些節(jié)點(diǎn)需要更多跳數(shù)才能將數(shù)據(jù)傳輸至目的節(jié)點(diǎn)。若節(jié)點(diǎn)同時(shí)需要轉(zhuǎn)發(fā)不同優(yōu)先級(jí)的數(shù)據(jù)包，節(jié)點(diǎn)將在發(fā)送緩沖區(qū)中對(duì)數(shù)據(jù)包按優(yōu)先級(jí)排序，高優(yōu)先級(jí)的數(shù)據(jù)包優(yōu)先得到轉(zhuǎn)發(fā)。對(duì)于高優(yōu)先級(jí)的數(shù)據(jù)包（級(jí)別3、4）而言，距離發(fā)送節(jié)點(diǎn)越遠(yuǎn)的節(jié)點(diǎn)擁有越低的T-backoff ，因此將優(yōu)先選用位于發(fā)送節(jié)點(diǎn)傳輸范圍邊界附近的節(jié)點(diǎn)作為中繼節(jié)點(diǎn)，使高優(yōu)先級(jí)數(shù)據(jù)包經(jīng)過(guò)較少跳數(shù)即可到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)。

此外，節(jié)點(diǎn)能量水平也是影響路由選擇的一個(gè)重要因素，在實(shí)際傳輸過(guò)程中，長(zhǎng)時(shí)間傳輸同一等級(jí)的數(shù)據(jù)包可能導(dǎo)致某一區(qū)域內(nèi)的節(jié)點(diǎn)能量水平迅速下降，根據(jù)式（5），此時(shí)節(jié)點(diǎn)的T-backoff會(huì)根據(jù)節(jié)點(diǎn)當(dāng)前能量水平切換至對(duì)應(yīng)等級(jí)的響應(yīng)曲線上，從而降低了該節(jié)點(diǎn)被選作中繼節(jié)點(diǎn)的可能性，轉(zhuǎn)發(fā)任務(wù)將優(yōu)先由其它能量更充足的節(jié)點(diǎn)完成，避免了在長(zhǎng)時(shí)間傳輸中重復(fù)使用同一節(jié)點(diǎn)的情況，使網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)能量水平趨于一致。由于等級(jí)最高的數(shù)據(jù)包具有一定特殊性，實(shí)際在傳輸中設(shè)定為不受能量水平影響，即將最優(yōu)路徑永遠(yuǎn)保留給最高優(yōu)先級(jí)的數(shù)據(jù)包。

數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中的每個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)將重復(fù)上述過(guò)程直至所有數(shù)據(jù)傳輸完畢，因此每個(gè)數(shù)據(jù)包都可能使用不同路由。

4 性能評(píng)估與仿真結(jié)果

本章將在網(wǎng)絡(luò)生存時(shí)間與平均端到端時(shí)延等方面對(duì)傳統(tǒng)路由方案以及CREAOR進(jìn)行比較。傳統(tǒng)路由方案使用源節(jié)點(diǎn)與目的節(jié)點(diǎn)之間最優(yōu)路徑上的節(jié)點(diǎn)傳輸數(shù)據(jù)，該策略使只有較為優(yōu)質(zhì)的鏈路才會(huì)被選中（例如PER < 10%），而CREAOR將盡量利用所有PER < 80%的鏈路。因此，動(dòng)態(tài)路由協(xié)議會(huì)不斷檢測(cè)鏈路的可用性與鏈路質(zhì)量，而傳統(tǒng)路由方案在所有傳輸過(guò)程中選用幾乎一致的路徑。

仿真使用離散事件仿真軟件OMNeT++完成[16]。傳感節(jié)點(diǎn)均勻分布在100×100m2 的區(qū)域中，通信參數(shù)的選取基于IEEE802.15.4，具體參數(shù)如表2所示。

4.1 網(wǎng)絡(luò)生存時(shí)間

網(wǎng)絡(luò)生存時(shí)間（Network Lifespan）定義為自開(kāi)始傳輸至網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)第一個(gè)能量耗盡節(jié)點(diǎn)之間經(jīng)過(guò)的時(shí)間。實(shí)驗(yàn)中設(shè)置節(jié)點(diǎn)的電池容量為1 000mAh，因此每個(gè)節(jié)點(diǎn)的初始能量為：

圖3展示了兩種協(xié)議對(duì)比結(jié)果，由于傳統(tǒng)路由在每次傳輸時(shí)趨向于選擇相同路徑，因此這條路徑上的節(jié)點(diǎn)將承擔(dān)全部傳輸任務(wù)直至能量耗盡。另一方面，CREAOR會(huì)針對(duì)數(shù)據(jù)包內(nèi)容選擇不同轉(zhuǎn)發(fā)策略，節(jié)點(diǎn)的候選轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)根據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)策略競(jìng)爭(zhēng)RTS包，首先回應(yīng)CTS包的節(jié)點(diǎn)才被確定為下一跳節(jié)點(diǎn)，因此傳輸任務(wù)實(shí)際由候選節(jié)點(diǎn)集合中的所有節(jié)點(diǎn)承擔(dān)，且CREAOR中基于能量感知的部分傾向于使節(jié)點(diǎn)能量水平趨于一致。因此，CREAOR的網(wǎng)絡(luò)生存時(shí)間明顯優(yōu)于傳統(tǒng)路由協(xié)議。

4.2 端到端時(shí)延

端到端時(shí)延（End to End Delay）是指數(shù)據(jù)包從離開(kāi)源節(jié)點(diǎn)開(kāi)始至到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)經(jīng)過(guò)的時(shí)間。為計(jì)算不同數(shù)據(jù)包優(yōu)先級(jí)條件下的平均端到端時(shí)延，在保持網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洳蛔兊那闆r下，依次使用優(yōu)先級(jí)為0、2、4的數(shù)據(jù)包對(duì)協(xié)議進(jìn)行仿真，結(jié)果見(jiàn)圖4-圖6。

傳統(tǒng)路由為最短路徑算法，在網(wǎng)絡(luò)參數(shù)不變時(shí)有著幾乎一致的表現(xiàn)。CREAOR在傳輸?shù)蛢?yōu)先級(jí)數(shù)據(jù)包時(shí)的表現(xiàn)不如傳統(tǒng)路由，主要原因是低優(yōu)先級(jí)數(shù)據(jù)包應(yīng)盡量使用不常用的節(jié)點(diǎn)，將最優(yōu)鏈路保留給高優(yōu)先級(jí)節(jié)點(diǎn)。因此，低優(yōu)先級(jí)數(shù)據(jù)包選擇的節(jié)點(diǎn)往往需要更多跳數(shù)才能將數(shù)據(jù)包遞送至目的節(jié)點(diǎn)，增加了端到端時(shí)延。隨著網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)密度的增大，CREAOR與傳統(tǒng)路由之間的差距逐漸縮小，這是因?yàn)镃REAOR本質(zhì)是動(dòng)態(tài)路由協(xié)議，其候選節(jié)點(diǎn)集合隨著網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)密度增大而增大，可供利用的節(jié)點(diǎn)增多，因而一定程度上彌補(bǔ)了與傳統(tǒng)路由之間的性能差距。

對(duì)于中等優(yōu)先級(jí)的數(shù)據(jù)包而言，其性能與傳統(tǒng)路由相近，動(dòng)態(tài)路由利用了機(jī)會(huì)路由的優(yōu)勢(shì)，候選節(jié)點(diǎn)集中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)都有可能被選作下一跳節(jié)點(diǎn)，而其中一些節(jié)點(diǎn)由于鏈路質(zhì)量原因不會(huì)被傳統(tǒng)路由考慮。對(duì)于CREAOR而言，只要在當(dāng)前傳輸時(shí)隙節(jié)點(diǎn)間鏈路可靠，即可在兩節(jié)點(diǎn)間發(fā)起傳輸，則其單次傳輸過(guò)程可能相較傳統(tǒng)路由使用更少跳數(shù)，使得兩種協(xié)議在全部傳輸過(guò)程中時(shí)延表現(xiàn)相近。

CREAOR在高優(yōu)先級(jí)數(shù)據(jù)包上的表現(xiàn)優(yōu)于傳統(tǒng)路由，主要由于機(jī)會(huì)路由帶來(lái)性能上的提升。CREAOR會(huì)利用當(dāng)前可用的所有鏈路進(jìn)行傳輸，同時(shí)優(yōu)先選擇距離目的節(jié)點(diǎn)更近的節(jié)點(diǎn)作為下一跳節(jié)點(diǎn)，使數(shù)據(jù)包能夠盡快到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)，最大限度地降低了時(shí)延。

3 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)現(xiàn)有機(jī)會(huì)路由方案中存在的問(wèn)題，本文提出一種能夠同時(shí)針對(duì)節(jié)點(diǎn)能量與傳輸內(nèi)容進(jìn)行感知的動(dòng)態(tài)路由方案CREAOR。仿真結(jié)果表明，相比于傳統(tǒng)路由方案，CREAOR能顯著提升網(wǎng)絡(luò)生存時(shí)間，同時(shí)在傳輸高優(yōu)先級(jí)數(shù)據(jù)包時(shí)擁有比傳統(tǒng)路由方案更低的時(shí)延。

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